ChimieRecherche scientifique

Une technique de microscopie révolutionnaire permet pour la première fois de visualiser les atomes d’une protéine

Les progrès réalisés dans une technologie révolutionnaire de microscope électronique ont permis aux chercheurs de briser la barrière de résolution atomique et d’imaginer des atomes individuels dans une protéine. Il s’agit d’un énorme pas en avant pour le processus, appelé microscopie cryoélectronique, qui n’a jamais été en mesure de produire des images à une résolution aussi élevée auparavant.

La microscopie cryoélectronique révolutionne rapidement la biologie structurale depuis que trois scientifiques ont remporté le prix Nobel de chimie pour l’avoir développée à haute résolution en 2017. Depuis lors, les améliorations de la technologie des faisceaux d’électrons parallèlement aux optimisations logicielles lui ont permis d’aller plus loin dans la structures   moléculaire que jamais. L’analyse de la structure atomique des protéines fera progresser énormément notre compréhension des processus cellulaires, qu’il s’agisse d’interactions enzymatiques ou de visualisation de la liaison aux médicaments.

La technologie est maintenant en train de grignoter les talons de la cristallographie aux rayons X, plus largement utilisée, un processus complexe qui peut parfois prendre des mois ou, pour certaines protéines, ne pas produire du tout d’image.

Pour imager les protéines avec autant de détails, la cryo-microscopie électronique nécessite des températures assez froides. Après avoir prélevé les protéines et les avoir refroidies à des températures cryogéniques (autour de -200 ° C), un faisceau d’électrons est appliqué sur l’échantillon. La microscopie électronique normale nécessite une préparation complexe des échantillons, mais avec la microscopie cryoélectronique, tout ce qui est nécessaire est l’échantillon à congeler solide. Les électrons barrent l’échantillon et rebondissent dans un détecteur, qui envoie ensuite les données via un logiciel informatique pour en comprendre le sens. Le logiciel assemble l’image finale et vous pouvez étudier la structure de votre protéine.

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Rapporté dans Nature, une équipe a maintenant réussi à imager une protéine à une résolution si élevée que tous les atomes qu’elle contient étaient clairement visibles. C’est la première fois que des atomes individuels dans une structure protéique peuvent être clairement distingués dans une image de microscope cryoélectronique.

La protéine, appelée apoferritine (généralement trouvée sous forme de ferritine, une molécule stockant le fer), l’image capturée avait une résolution étonnante de 1,25 ångströms – brisant les enregistrements précédents de 1,54 ångströms. L’apoferritine est utilisée en cryo-microscopie électronique en raison de son extrême stabilité et est devenue un échantillon de test fiable pour pousser la technologie à ses limites.

Atomes individuels cartographiés par cryo-microscopie électronique (cryo-EM), montrant une densité reconstruite d’apoferritine. Crédit: Paul Emsley / MRC Laboratory of Molecular Biology

Alors que les percées technologiques se poursuivent, les possibilités sont infinies quant à la manière dont la cryo-microscopie électronique façonnera la biologie structurale. Cependant, il semble que nous atteignions la limite des capacités de l’itération actuelle. Selon Holger Stark, biochimiste et microscopiste électronique à l’Institut Max Planck de chimie biophysique, nous pouvons constater une amélioration limitée par rapport aux dernières découvertes.

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